Biodiversität und Evolution mariner Planktonciliaten

Das marine Plankton umfasst eine artenreiche Gemeinschaft funktionell sehr unterschiedlicher Protisten (einzelliger Eukaryoten). Molekulare Analysen zeigen, dass nur ein kleiner Bruchteil der Arten (~ 1520%) bislang bekannt ist; die Mehrzahl muss noch erforscht und beschrieben werden. Die globale Verbreitung der einzelnen Arten ist ebenfalls unzureichend bekannt. Das Verständnis von der Funktionsweise des Ökosys- tems, insbesondere in Zeiten des Klimawandeln und der Ozeanversauerung, setzt allerdings Wissen über die Vielfalt der Arten und deren Verbreitung bei den wichtigsten Plankton-Gruppen voraus. Die Oligotrichea sind eine solche ökologisch und zahlenmäßig wichtige Wimpertiergruppe (Ciliaten). Sie verbinden das mikrobielle Nahrungsnetz (von Algen abgegebene Polysaccharide über Bakterien über Geißel- tierchen zu Wimpertierchen) mit dem auf Algen basierenden Nahrungsnetz, indem sie von winzigen Krebschen und Fisch-Larven gefressen werden. Die ermittelten Artenzahlen legen nahe, dass es sich beim Südchinesischen Meer um einen Hotspot für Oligotrichea handelt, nicht nur wegen der insgesamt hohen Diversität, sondern auch wegen der Vielzahl nur dort gefundener Arten. In diesem ersten gemeinsamen Pro- jekt österreichischer und chinesischer Ciliaten-Forscher werden daher vermutlich viele weitere neue Arten von Oligotrichea im Südchinesischen Meer entdeckt werden. Anhand ihrer Morphologie, Ultrastruktur, Zellteilungsmuster und genetischer Marker soll ihre Verwandtschaft untersucht werden. Insbesondere die endemischen Arten werden im Fokus stehen, da bei ihnen oft die Morphologie und Genetik widersprüchliche Verwandtschaftsverhältnisse nahelegen. Letztendlich sollen durch die Kombination der Daten bislang falsch interpretierte Zellmerkmale aufgedeckt werden, die z.B. nicht vom gemeinsamen Vorfahren vererbt worden sind, sondern sich konvergent entwickelt haben. Analysen kurzer Gensequenzen aller Oligotrichea aus umfangreichen Wasserproben, die zu verschiedenen Jahreszeiten und in unterschiedlichen Klimazonen (Nordsee, Mittelmeer, Nordwest Pazifik) gesammelt werden, sollen zusammen mit Daten früherer Probenahmen aus bestehenden Datenbanken Abschätzungen der globalen Verbreitung einzelnen Arten erlauben. Damit werden auch Vorhersagen über die Veränderun- gen der Oligotrichea-Gemeinschaft und die Erhaltung der Ökosystemfunktionen bei steigenden Wassertem- peraturen möglich, essentielle Informationen für viele Regionen weltweit, deren Nahrungsmittelversorgung weitgehend von der Produktivität der Meere abhängt.

Wimpertiere (Ciliaten) sind faszinierende mikroskopisch kleine Einzeller (< 1 mm). Die Oligotrichea sind die im marinen Plankton dominierende Wimpertier-Gruppe mit ca. 1000 gehäusebauenden Tintinnen-Arten und etwa 200 gehäuselosen Arten. Sie stellen eine wesentliche Komponente des marinen Nahrungsnetzes dar, indem sie sich von Bakterien und anderen Einzellern ernähren und wiederum von kleinen Krebschen, der Nahrung von Fischlarven, gefressen werden. Viele wichtige Aspekte dieser Organismen sind allerdings noch unerforscht. In einem Gemeinschaftsprojekt mit chinesischen Partnern (NSFB-Projekt 317 611 330 01) wurde die genetische Diversität der Oligotrichea in europäischen und chinesischen Küstengewässern verglichen und die Hypothese bestätigt, dass die chinesischen Küstengewässer ein Biodiversitätshotspot für Oligotrichea sind. Unsere Daten zeigten außerdem, dass sich die Wimpertier-Gemeinschaften an europäischen und chinesischen Küsten sehr deutlich unterscheiden, obgleich sie durch Meeresströmungen verbunden sind. Tatsächlich konnten wir Limitierungen in der Verbreitung für einige Gruppen nachweisen, darunter viele noch unbekannte Arten. Für den Vergleich mit geografischen Verbreitungsmuster im Meer fokussierten wir uns auf eine ökologisch wichtige Wimpertier-Gruppe im Süßwasser-Plankton. Genetische Spuren dieser Wimpertiere konnten wir in 252 Seen in 17 Ländern weltweit nachweisen, darunter wiederum noch unbekannte Arten. Im Gegensatz zu diesen global verbreiteten Taxa, deutete eine umfangreiche Literaturrecherche über einer Süßwasser-Tintinne auf deren endemisches Vorkommen in asiatischen Flüssen und Seen hin. Insgesamt wurden sechs Wimpertier-Arten darunter Tintinnen wiederbeschrieben und eine neue Tintinnen-Gattung errichtet. Basierend auf letzteren Daten konnte das Aussehen des letzten gemeinsamen Tintinnen-Vorfahren rekonstruiert werden, der vor ca. 350 Millionen Jahren lebte. Mithilfe eines benutzerfreundlichen webbasierten Programms können Charakteristika in Gensequenzen detektiert werden, die die traditionell genutzten morphologischen Merkmale der Oligotrichea komplettierten. Unsere transmissionselektronenmikroskopischen Untersuchungen an Tintinnen beleuchteten noch weitere interessante Aspekte dieser ökologisch relevanten Gruppe mariner Plankton-Protisten. So rekonstruierten wir die Evolution der Gehäuse, untersuchten erstmals ihre Miniharpunen im Detail und lieferten die ersten Daten über eine Ruhezyste.